Abwasser (auch häusliches Abwasser , kommunales Abwasser genannt ) ist eine Art von Abwasser , das von einer Gemeinschaft produziert wird . Es wird typischerweise über ein Abwassersystem transportiert . [ 1 ] : 175 Abwasser besteht aus Abwasser, das aus Haushalten sowie aus gewerblichen, institutionellen und öffentlichen Einrichtungen in der jeweiligen Region abgeleitet wird. [ 2 ] : 10 Unterarten von Abwasser sind Grauwasser (aus Waschbecken, Badewannen, Duschen, Geschirrspülern und Waschmaschinen) und Schwarzwasser (das Wasser, das zum Spülen von Toiletten verwendet wird , vermischt mit den weggespülten Fäkalien ). Abwasser enthält außerdem Seifen und Waschmittel. Speisereste können vom Geschirrspülen stammen und die Menge an Speiseresten kann sich erhöhen, wenn Müllzerkleinerer verwendet werden. In Regionen, in denen Toilettenpapier anstelle von Bidets verwendet wird , gelangt auch dieses Papier ins Abwasser. Abwasser enthält Makro- und Mikroschadstoffe und kann auch kommunale Feststoffe und Schadstoffe aus Industrieabwässern enthalten .

Abwasser fließt üblicherweise von der Gebäudeinstallation entweder in einen Abwasserkanal , der es abtransportiert, oder in eine hauseigene Kläranlage . Die gemeinsame Sammlung von Abwasser mehrerer Haushalte erfolgt in der Regel entweder in einem Abwasserkanal oder in einem Mischwasserkanal . Ersterer ist so konzipiert, dass er Regenwasser ableitet , während letzterer auch Regenwasser aufnimmt. Die Abwassermenge entspricht im Allgemeinen dem Wasserverbrauch. Eine Reihe von Faktoren beeinflusst den Wasserverbrauch und damit die Abwassermenge pro Person. Dazu gehören: Wasserverfügbarkeit (das Gegenteil von Wasserknappheit ), Wasserversorgungsoptionen , Klima (wärmere Klimazonen können zu einem höheren Wasserverbrauch führen), Gemeindegröße, Wirtschaftsniveau der Gemeinde, Industrialisierungsgrad , Messung des Haushaltsverbrauchs, Wasserkosten und Wasserdruck. [ 2 ] : 20

Die wichtigsten Parameter im Abwasser, die zur Beurteilung der Abwasserbelastung bzw. -qualität sowie der Behandlungsoptionen gemessen werden, umfassen Feststoffe, Indikatoren für organische Stoffe, Stickstoff, Phosphor und Indikatoren für fäkale Verunreinigung. [ 2 ] : 33 Diese gelten als die wichtigsten Makroverunreinigungen im Abwasser. Abwasser enthält Krankheitserreger , die aus Fäkalien stammen . Folgende vier Arten von Krankheitserregern kommen im Abwasser vor: pathogene Bakterien , Viren , Protozoen (in Form von Zysten oder Oozysten) und Helminthen (in Form von Eiern). [ 3 ] [ 4 ] Zur Quantifizierung der organischen Stoffe werden üblicherweise indirekte Methoden eingesetzt, hauptsächlich der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) und der chemische Sauerstoffbedarf (CSB). [ 2 ] : 36

Die Abwasserbewirtschaftung umfasst die Sammlung und den Transport zur Einleitung in die Umwelt nach einer Aufbereitung , die den lokalen Anforderungen für die Einleitung in Gewässer, auf Böden oder zur Wiederverwendung entspricht. [ 2 ] : 156 Zu den Entsorgungsmöglichkeiten zählen die Verdünnung (Selbstreinigung von Gewässern, nach Möglichkeit unter Nutzung ihrer Aufnahmekapazität ), die Einleitung ins Meer , die Deponierung auf landwirtschaftlichen Flächen und die Anlage von Kläranlagen . Alle Entsorgungsoptionen bergen das Risiko der Wasserverschmutzung .

Terminologie

Abwasser und Abwasser

Abwasser (oder häusliches Abwasser) besteht aus Abwässern, die von Wohnhäusern sowie von gewerblichen, institutionellen und öffentlichen Einrichtungen in der jeweiligen Gemeinde eingeleitet werden. [ 2 ] : 10 Abwasser ist ein Gemisch aus Wasser (aus der kommunalen Wasserversorgung ), menschlichen Exkrementen ( Fäkalien und Urin ), Brauchwasser aus Badezimmern , Abfällen aus der Lebensmittelzubereitung, Wäscheabwasser und anderen Abfallprodukten des normalen Lebens.

Kommunales Abwasser enthält Abwässer aus Gewerbebetrieben und Institutionen, z. B. Abwässer aus Restaurants , Wäschereien , Krankenhäusern , Schulen , Gefängnissen , Büros , Geschäften und Einrichtungen, die den lokalen Bedarf größerer Gemeinden decken. [ 2 ] : 21

Sewage can be distinguished into "untreated sewage" (also called "raw sewage") and "treated sewage" (also called "effluent" from a sewage treatment plant).

The term "sewage" is nowadays often used interchangeably with "wastewater" – implying "municipal wastewater" – in many textbooks, policy documents and the literature.[2][5][6] To be precise, wastewater is a broader term, because it refers to any water after it has been used in a variety of applications.[5]: 1 Thus it may also refer to "industrial wastewater", agricultural wastewater and other flows that are not related to household activities.

Blackwater

Blackwater is wastewater containing human waste (feces and urine). As such, it contains large amounts of pathogens that may spread by the fecal–oral route. Blackwater is distinguished from greywater (which comes from sinks, baths, washing machines, and other household appliances apart from toilets). Greywater results from washing food, clothing, dishes, as well as from showering or bathing.[7]

Blackwater and greywater are kept separate in "ecological buildings", such as autonomous buildings. Recreational vehicles often have separate holding tanks for greywater from showers and sinks, and blackwater from the toilet.

Greywater

Greywater or sullage (also spelled graywater in the United States and sometimes written as two words: grey water, gray water) refers to domestic wastewater generated in households or office buildings from streams without substantial fecal contamination, i.e. all streams except for the wastewater from toilets. Sources of greywater include sinks, showers, baths, washing machines or dishwashers. As greywater contains fewer pathogens than blackwater, it is generally safer to handle and easier to treat and reuse onsite for toilet flushing, landscape or crop irrigation, and other non-potable uses. Greywater may still have some pathogen content from laundering soiled clothing or cleaning the anal area in the shower or bath.

Die Nutzung von Grauwasser in städtischen Wassersystemen bietet erhebliche Vorteile sowohl für die Trinkwasserversorgung , da der Bedarf an Frischwasser sinkt , als auch für die Abwasserentsorgung, da die Menge an transportiertem und aufbereitetem Abwasser reduziert wird. [ 8 ] Aufbereitetes Grauwasser findet vielfältige Verwendung, beispielsweise für die Toilettenspülung oder die Bewässerung. [ 9 ]

Pumpstation, die Abwasser zur Kläranlage in Bujumbura , Burundi befördert
Grauwasser (ein Bestandteil von Abwasser) in einem Absetzbecken

Gesamteindruck

Das allgemeine Erscheinungsbild von Abwasser ist wie folgt: [ 2 ] : 30 Die Temperatur ist tendenziell etwas höher als die von Trinkwasser, aber stabiler als die Umgebungstemperatur. Frisches Abwasser ist leicht gräulich, während älteres Abwasser (auch „septisches Abwasser“ genannt) dunkelgrau oder schwarz ist. Frisches Abwasser riecht ölig und relativ unangenehm, während älteres Abwasser aufgrund von Schwefelwasserstoff und anderen Zersetzungsprodukten einen unangenehmen, fauligen Geruch aufweist . [ 10 ] : 9–38 Abwasser kann aufgrund von Schwebstoffen eine hohe Trübung aufweisen.

Der pH-Wert von Abwasser ist üblicherweise nahezu neutral und kann im Bereich von 6,7–8,0 liegen. [ 2 ] : 57

Schadstoffe

Abwasser besteht hauptsächlich aus Wasser und enthält üblicherweise weniger als ein Tausendstel Wasser an Feststoffen. Anders ausgedrückt: Abwasser besteht zu etwa 99,9 % aus reinem Wasser, die restlichen 0,1 % sind Feststoffe, die entweder als gelöste oder suspendierte Feststoffe vorliegen können . [ 2 ] : 28 Das Verhältnis von tausend zu eins ist eher eine Größenordnung als ein exakter Prozentsatz, da Feststoffe – abgesehen von Verdünnungsschwankungen – je nach Trennverfahren unterschiedlich definiert werden können. Absetzrückstände absetzbarer Feststoffe oder durch Filtration entfernte suspendierte Feststoffe können erhebliche Mengen an mitgerissenem Wasser enthalten, während getrocknetes , nach der Verdunstung verbleibendes Feststoffmaterial zwar den größten Teil dieses Wassers entfernt, aber gelöste Mineralien enthält, die weder durch Filtration noch durch Schwerkrafttrennung erfasst wurden. [ 11 ] Zu den suspendierten und gelösten Feststoffen gehören organische und anorganische Stoffe sowie Mikroorganismen. [ 2 ] : 28

Etwa ein Drittel dieser Feststoffe wird durch Turbulenzen in der Schwebe gehalten , der Rest liegt gelöst oder kolloidal vor . Für die Situation in den Vereinigten Staaten in den 1950er Jahren wurde geschätzt, dass die in häuslichem Abwasser enthaltenen Abfälle etwa zur Hälfte organisch und zur Hälfte anorganisch waren . [ 10 ] : 9–38

Organische Substanz

Die organischen Stoffe im Abwasser lassen sich nach Form und Größe klassifizieren: suspendiert (partikulär) oder gelöst (löslich). Zweitens kann man sie nach ihrer biologischen Abbaubarkeit einteilen : inert oder biologisch abbaubar. [ 2 ] : 35 Die organischen Stoffe im Abwasser bestehen aus Proteinverbindungen (ca. 40 %), Kohlenhydraten (ca. 25–50 %), Ölen und Fetten (ca. 10 %) sowie Harnstoff , Tensiden , Phenolen , Pestiziden und anderen Stoffen (in geringerer Menge). [ 2 ] : 35 Zur Quantifizierung des Gehalts an organischen Stoffen werden üblicherweise indirekte Methoden verwendet, die auf dem Sauerstoffverbrauch zur Oxidation der organischen Stoffe basieren: hauptsächlich der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) und der chemische Sauerstoffbedarf (CSB). [ 2 ] : 36 Diese indirekten Methoden stehen im Zusammenhang mit der Hauptauswirkung der Einleitung organischer Stoffe in Gewässer: Die organischen Stoffe dienen Mikroorganismen als Nahrung, deren Population wächst und zum Verbrauch von Sauerstoff führt, was sich dann auf aquatische Lebewesen auswirken kann.

Die Massenfracht an organischen Stoffen wird als Produkt aus Abwasserdurchflussmenge und Konzentration der organischen Stoffe im Abwasser berechnet. [ 2 ] : 55

Weiter unten finden Sie typische Werte für die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Rohabwasser.

Nährstoffe

Neben organischen Stoffen enthält Abwasser auch Nährstoffe. Die wichtigsten Nährstoffe sind Stickstoff und Phosphor . Wird Abwasser unbehandelt eingeleitet, kann sein Stickstoff- und Phosphorgehalt durch einen Prozess namens Eutrophierung zur Verschmutzung von Seen und Stauseen führen . [ 2 ] : 77

In unbehandeltem Abwasser liegt Stickstoff in zwei Formen vor: als organischer Stickstoff oder als Ammoniak . Das Ammoniak stammt aus dem Harnstoff im Urin . Harnstoff wird schnell hydrolysiert und ist daher üblicherweise nicht in unbehandeltem Abwasser nachweisbar. [ 2 ] : 43

Der Gesamtphosphor liegt im Abwasser hauptsächlich in Form von Phosphaten vor . Diese sind entweder anorganisch (Polyphosphate und Orthophosphate), deren Hauptquelle Waschmittel und andere Haushaltschemikalien sind, oder organisch, wobei der organische Phosphor an organische Verbindungen gebunden ist. [ 2 ] : 45

Krankheitserreger

Menschliche Fäkalien im Abwasser können Krankheitserreger enthalten , die Krankheiten übertragen können. [ 10 ] : 9–38 Die folgenden vier Arten von Krankheitserregern kommen im Abwasser vor: [ 3 ] [ 4 ]

In den meisten praktischen Fällen werden pathogene Organismen nicht direkt in Laboranalysen untersucht. Eine einfachere Methode zur Bestimmung der fäkalen Verunreinigung ist die Ermittlung der wahrscheinlichsten Anzahl fäkaler Coliforme (sogenannter thermotoleranter Coliforme), insbesondere von Escherichia coli . Escherichia coli sind Darmbakterien, die von allen Warmblütern, einschließlich des Menschen, ausgeschieden werden. Aufgrund ihrer hohen Konzentrationen (etwa 10 bis 100 Millionen pro 100 ml) lässt sich ihr Vorkommen im Abwasser daher leicht nachweisen. [ 2 ] : 52

Feste Abfälle

Siebung des Abwassers mit Rechen in einer Kläranlage in Norton, Simbabwe, um größere Gegenstände zu entfernen.
Abwasserprüfung in einer Kläranlage in Bujumbura , Burundi

Die Fähigkeit einer Toilettenspülung , Dinge „verschwinden“ zu lassen, wird von kleinen Kindern schnell erkannt, die praktisch alles ausprobieren, was sie mit auf die Toilette nehmen können. [ 13 ] Erwachsene sind möglicherweise versucht, Toilettenpapier , Feuchttücher , Windeln , Damenbinden , Tampons , Tamponapplikatoren, Kondome und abgelaufene Medikamente zu entsorgen , selbst auf die Gefahr hin, Verstopfungen zu verursachen. Die Privatsphäre einer Toilette bietet eine heimliche Möglichkeit, peinliche Beweise zu beseitigen, indem man beispielsweise Drogenutensilien , Schwangerschaftstests , Kombinationspillen- Spender und deren Verpackungen herunterspült. Es besteht möglicherweise eine gewisse Scheu, versehentlich in die Toilette gefallene Gegenstände wie Kinderspielzeug oder Zahnbürsten herauszuholen, und Kleidungsstücke können im Abwasser von Gefängnissen oder anderen Orten gefunden werden, an denen die Insassen möglicherweise unachtsam sind. [ 14 ] Müll und Abfall auf den Straßen können durch Oberflächenabfluss in die Kanalisation gelangen.

Mikroverunreinigungen

Abwasser enthält persistente pharmazeutische Schadstoffe . Trihalomethane können als Folge vergangener Desinfektionsmaßnahmen ebenfalls vorhanden sein . Abwasser kann Mikroplastik wie Polyethylen- und Polypropylen-Kügelchen oder Polyester- und Polyamidfragmente [ 15 ] enthalten , die aus synthetischen Textilien von Kleidung und Bettwäsche stammen, welche durch Abrieb und Waschen entstanden sind, oder aus Kunststoffverpackungen und kunststoffbeschichteten Papierprodukten , die durch die Pumpen von Hebeanlagen zersetzt wurden . Arzneimittel , endokrine Disruptoren und Hormone [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] können über Urin oder Stuhl ausgeschieden werden, sofern sie nicht im menschlichen Körper abgebaut werden .

Einige private Haushalte schütten unerwünschte Flüssigkeiten wie gebrauchtes Speiseöl , Schmierstoffe , Klebstoffe , Farbe , Lösungsmittel , Reinigungsmittel und Desinfektionsmittel in ihre Abwasserleitungen . Dieses Verhalten kann den Betrieb der Kläranlage beeinträchtigen und wird daher nicht empfohlen .

Typische Abwasserzusammensetzung

Faktoren, die die Zusammensetzung bestimmen

The composition of sewage varies with climate, social and economic situation and population habits.[2]: 28 In regions where water use is low, the strength of the sewage (or pollutant concentrations) is much higher than that in the United States where water use per person is high.[5]: 183 Household income and diet also plays a role: For example, for the case of Brazil, it has been found that the higher the household income, the higher is the BOD load per person and the lower is the BOD concentration.[2]: 57

Concentrations and loads

Typical values for physical–chemical characteristics of raw sewage in developing countries have been published as follows: 180 g/person/d for total solids (or 1100 mg/L when expressed as a concentration), 50 g/person/d for BOD (300 mg/L), 100 g/person/d for COD (600 mg/L), 8 g/person/d for total nitrogen (45 mg/L), 4.5 g/person/d for ammonia-N (25 mg/L) and 1.0 g/person/d for total phosphorus (7 mg/L).[2]: 57 The typical ranges for these values are: 120–220 g/person/d for total solids (or 700–1350 mg/L when expressed as a concentration), 40–60 g/person/d for BOD (250–400 mg/L), 80–120 g/person/d for COD (450–800 mg/L), 6–10 g/person/d for total nitrogen (35–60 mg/L), 3.5–6 g/person/d for ammonia-N (20–35 mg/L) and 0.7–2.5 g/person/d for total phosphorus (4–15 mg/L).[2]: 57

For high income countries, the "per person organic matter load" has been found to be approximately 60 gram of BOD per person per day.[6] This is called the population equivalent (PE) and is also used as a comparison parameter to express the strength of industrial wastewater compared to sewage.

Values for households in the United States have been published as follows, whereby the estimates are based on the assumption that 25% of the homes have kitchen waste-food grinders (sewage from such households contain more waste): 95 g/person/d for total suspended solids (503 mg/L concentration), 85 g/person/d for BOD (450 mg/L), 198 g/person/d for COD (1050 mg/L), 13.3 g/person/d for the sum of organic nitrogen and ammonia nitrogen (70.4 mg/L), 7.8 g/person/d for ammonia-N (41.2 mg/L) and 3.28 g/person/d for total phosphorus (17.3 mg/L). The concentration values given here are based on a flowrate of 190 L per person per day.[5]: 183

Eine US-amerikanische Quelle aus dem Jahr 1972 schätzte das tägliche Trockengewicht der festen Abfälle pro Kopf im Abwasser auf 20,5 g (0,72 oz) Fäkalien, 43,3 g (1,53 oz) gelöste Feststoffe im Urin, 20 g (0,71 oz) Toilettenpapier, 86,5 g (3,05 oz) Feststoffe im Grauwasser, 30 g (1,1 oz) feste Lebensmittelreste (bei Verwendung von Abfallzerkleinerern ) sowie unterschiedliche Mengen gelöster Mineralien, abhängig vom Salzgehalt des lokalen Wassers, dem Wasserverbrauch pro Kopf und dem Einsatz von Wasserenthärtungsanlagen . [ 19 ] : 234

Abwasser enthält Urin und Fäkalien. Die Fäkalienmenge variiert mit der Ballaststoffzufuhr. Ein durchschnittlicher Mensch produziert 128 Gramm feuchte Fäkalien pro Tag, was einer mittleren Trockenmasse von 29 g/Person/Tag entspricht. [ 20 ] Die mittlere Urinproduktionsrate beträgt etwa 1,42 l/Person/Tag, wie eine weltweite Literaturrecherche ergab. [ 20 ]

Durchflussmengen

Das pro Person anfallende häusliche Abwasservolumen ( pro Kopf) variiert mit dem Wasserverbrauch am jeweiligen Ort. [ 2 ] : 11 Verschiedene Faktoren beeinflussen den Wasserverbrauch und damit die Abwassermenge pro Person. Dazu gehören: Wasserverfügbarkeit (das Gegenteil von Wasserknappheit ), Wasserversorgungsoptionen , Klima (wärmere Klimazonen können zu einem höheren Wasserverbrauch führen), Gemeindegröße, Wirtschaftsniveau der Gemeinde, Industrialisierungsgrad , Wasserzähler im Haushalt, Wasserkosten und Wasserdruck. [ 2 ] : 20

Die Abwassermenge entspricht im Allgemeinen dem Wasserverbrauch. Bewässerungswasser gelangt jedoch nicht in die Kanalisation, während Grundwasser und Regenwasser zusätzlich zum Abwasser in die Kanalisation eingeleitet werden können. [ 2 ] : 22 Üblicherweise treten pro Tag zwei Spitzenwerte beim Abwasserzufluss in Kläranlagen auf: ein Spitzenwert am frühen Morgen und ein weiterer am frühen Abend. [ 2 ] : 24

Bezüglich des Wasserverbrauchs gilt ein Wert von 35–90 Litern (9,2–23,8 US-Gallonen) pro Person und Tag als weltweiter Durchschnittswert (Daten von 1992). [ 5 ] : 163 Dieselbe Publikation gibt den Wasserverbrauch in China mit 80 Litern (21 US-Gallonen) pro Person und Tag, in Afrika mit 15–35 Litern (4,0–9,2 US-Gallonen) pro Person und Tag, im östlichen Mittelmeerraum in Europa mit 40–85 Litern (11–22 US-Gallonen) pro Person und Tag sowie in Lateinamerika und der Karibik mit 70–190 Litern (18–50 US-Gallonen) pro Person und Tag an. [ 5 ] : 163 Selbst innerhalb eines Landes kann es aufgrund der oben genannten Faktoren, die den Wasserverbrauch beeinflussen, große regionale Unterschiede geben.

In Ländern mit hohem Einkommen wird häufig ein Abwasseraufkommen von 200 Litern (53 US-Gallonen) pro Person und Tag als Schätzwert verwendet , beispielsweise bei der Planung von Kläranlagen. [ 6 ]

Zum Vergleich werden die typischen Abwassermengen aus städtischen Wohngebieten in den Vereinigten Staaten anhand der Einwohnerzahl wie folgt geschätzt: [ 5 ] : 156

  • Einpersonenhaushalte: 365 Liter (96 US-Gallonen) pro Person und Tag
  • Zwei-Personen-Haushalte: 288 Liter (76 US-Gallonen) pro Person und Tag,
  • Vier-Personen-Haushalte: 200 Liter (53 US-Gallonen) pro Person und Tag,
  • Sechs-Personen-Haushalte: 189 Liter (50 US-Gallonen) pro Person und Tag.

Die Gesamtspanne dieser Schätzungen liegt bei 189–365 Litern (50–96 US-Gallonen) pro Person und Tag.

Analytische Methoden

Allgemeine Qualitätsindikatoren

Abwasserqualitätsindikatoren sind Labortestmethoden zur Beurteilung der Eignung von Abwasser für die Entsorgung, Behandlung oder Wiederverwendung. Zu den wichtigsten Parametern im Abwasser , die zur Beurteilung der Abwasserbelastung bzw. -qualität sowie der Behandlungsoptionen gemessen werden, gehören: Feststoffe, Indikatoren für organische Stoffe, Stickstoff, Phosphor und Indikatoren für fäkale Verunreinigung. [ 21 ] : 33 Die ausgewählten Tests variieren je nach Verwendungszweck oder Einleitungsort. Mit den Tests lassen sich physikalische, chemische und biologische Eigenschaften des Abwassers messen. Zu den physikalischen Eigenschaften zählen Temperatur und Feststoffgehalt. Chemische Eigenschaften umfassen pH-Wert, Konzentration an gelöstem Sauerstoff , biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB), chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), Stickstoff, Phosphor und Chlor. Biologische Eigenschaften werden mittels Bioassays und aquatischer Toxikologietests bestimmt .

Spezifische Organismen und Substanzen

Abwasser kann mit verschiedenen Methoden auf krankheitserregende und harmlose Organismen untersucht werden. Zu den traditionellen Methoden gehören Filtration, Färbung und mikroskopische Untersuchung der Proben. Deutlich sensitivere und spezifischere Analysen sind mit der DNA-Sequenzierung möglich , beispielsweise bei der Suche nach seltenen Organismen, der Bekämpfung von Krankheitserregern , dem Nachweis arzneimittelresistenter Stämme oder der Entdeckung neuer Arten. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] Die Sequenzierung von DNA aus Umweltproben wird als Metagenomik bezeichnet .

Auch Abwasserproben wurden analysiert, um die relative Häufigkeit des Konsums von verschreibungspflichtigen und illegalen Drogen in der städtischen Bevölkerung zu ermitteln. [ 25 ] Allgemeine sozioökonomische demografische Daten können ebenfalls abgeleitet werden. [ 26 ]

Sammlung

Mangelnde Instandhaltung führt dazu, dass Abwasser aus einem Kanaldeckel auf die Straße einer informellen Siedlung in der Nähe von Kapstadt , Südafrika, überläuft.

Abwasser wird üblicherweise in Freispiegelkanälen gesammelt und transportiert , entweder in einem Schmutzwasserkanal oder in einem Mischwasserkanal . Letzterer führt auch städtischen Oberflächenabfluss ( Regenwasser ) ab, was bedeutet, dass das Abwasser bei Regen verdünnt wird. [ 2 ] : 9

Abwasserkanal

Ein Abwasserkanal ist ein unterirdisches Rohr- oder Tunnelsystem zum Transport von Abwasser aus Wohnhäusern und Gewerbegebäuden (jedoch nicht von Regenwasser ) zu einer Kläranlage oder Entsorgungsanlage.

Mischwasserkanal

Ein Mischwasserkanal ist eine Art Freispiegelkanal mit einem System aus Rohren, Tunneln, Pumpstationen usw., das Abwasser und Oberflächenabfluss gemeinsam zu einer Kläranlage oder Deponie transportiert. Das bedeutet, dass sich das Abwasser bei Regen verdünnt, was zu höheren Durchflussmengen an der Kläranlage führt. Unbelastetes Regenwasser verdünnt lediglich das Abwasser, während Oberflächenabfluss praktisch alles, womit er auf Dächern, Straßen und Lagerflächen in Kontakt kommt, auflösen oder in der Schwebe halten kann. [ 27 ] : 296 Wenn Regenwasser über Dächer und den Boden fließt, kann es verschiedene Schadstoffe aufnehmen, darunter Bodenpartikel und andere Sedimente , Schwermetalle, organische Verbindungen , Tierkot sowie Öl und Fett . Mischwasserkanäle können auch Trockenwetterabwasser aus der Landschaftsbewässerung , der Bauentwässerung und der Reinigung von Gebäuden und Gehwegen aufnehmen .

Verdünnung in der Kanalisation

Eindringen von Grundwasser in die Kanalisation

Infiltration bezeichnet das Eindringen von Grundwasser in Abwasserleitungen durch defekte Rohre, Verbindungen, Fugen oder Schächte . [ 2 ] : 26 [ 5 ] : 164 Kontaminiertes oder salzhaltiges Grundwasser kann zusätzliche Schadstoffe in das Abwasser einbringen. Die Menge des infiltrierten Wassers hängt von verschiedenen Parametern ab, wie z. B. der Länge des Sammelnetzes, den Rohrdurchmessern, dem Einzugsgebiet, der Bodenart, der Grundwassertiefe, der Topographie und der Anzahl der Anschlüsse pro Flächeneinheit. [ 2 ] : 26 Mangelhafte Bauausführung begünstigt die Infiltration und nimmt tendenziell mit dem Alter der Abwasserleitung zu. Die Infiltrationsmenge variiert mit der Tiefe der Abwasserleitung im Vergleich zum örtlichen Grundwasserspiegel . [ 10 ] : 9–1, 9–9 Ältere, sanierungsbedürftige Abwassersysteme können zudem Abwasser über undichte Rohrverbindungen und Hausanschlüsse ins Grundwasser abgeben. [ 5 ] : 167 Dies kann zu Grundwasserverschmutzung führen . [ 28 ]

Regenwasser

Combined sewers are designed to transport sewage and stormwater together. This means that sewage becomes diluted during rain events. There are other types of inflow that also dilute sewage, e.g. "water discharged from cellar and foundation drains, cooling-water discharges, and any direct stormwater runoff connections to the sanitary collection system".[5]: 163 The "direct inflows" can result in peak sewage flowrates similar to combined sewers during wet weather events.[5]: 165

Industrial wastewater

Sewage from communities with industrial facilities may include some industrial wastewater, generated by industrial processes such as the production or manufacture of goods. Volumes of industrial wastewater vary widely with the type of industry.[2]: 27 Industrial wastewater may contain very different pollutants at much higher concentrations than what is typically found in sewage.[5]: 188 Pollutants may be toxic or non-biodegradable waste including pharmaceuticals,[29]biocides, heavy metals, radionuclides, or thermal pollution.

An industry may treat its wastewater and discharge it into the environment (or even use the treated wastewater for specific applications), or, in case it is located in the urban area, it may discharge the wastewater into the public sewerage system. In the latter case, industrial wastewater may receive pre-treatment at the factories to reduce the pollutant load.[2]: 27 Mixing industrial wastewater with sewage does nothing to reduce the mass of pollutants to be treated, but the volume of sewage lowers the concentration of pollutants unique to industrial wastewater, and the volume of industrial wastewater lowers the concentration of pollutants unique to sewage.

Disposal and dilution

Ocean outfall pipes in Cape May, New Jersey, United States – pipes exposed after the sand was removed by severe storm

Assimilative capacity of receiving water bodies or land

Wird Abwasser in ein Gewässer (Fluss, See, Meer) oder auf Land eingeleitet , hängt seine relative Auswirkung von der Aufnahmefähigkeit des Gewässers bzw. Ökosystems ab . [ 2 ] : 78 Gewässer besitzen eine Selbstreinigungskraft, sodass die Schadstoffkonzentration mit zunehmender Entfernung vom Einleitungspunkt abnehmen kann. Darüber hinaus verdünnen Gewässer die eingeleiteten Schadstoffe, ohne deren Masse zu verringern. Prinzipiell gilt: Je höher die Verdünnungskapazität (Verhältnis von Volumen bzw. Durchfluss des aufnehmenden Gewässers zu Volumen bzw. Durchfluss des eingeleiteten Abwassers), desto geringer ist die Schadstoffkonzentration im aufnehmenden Gewässer und desto geringer sind vermutlich auch die negativen Auswirkungen. Ist das Gewässer jedoch bereits am Einleitungspunkt stark verschmutzt, ist die Verdünnung nur von begrenztem Nutzen. [ 30 ]

In einigen Fällen kann eine Gemeinde ihr Abwasser teilweise behandeln und dennoch auf die Aufnahmefähigkeit des Gewässers zählen. Dies muss jedoch sorgfältig analysiert werden, wobei die Wasserqualität im aufnehmenden Gewässer vor der Abwassereinleitung, die resultierende Wasserqualität nach der Einleitung und die Auswirkungen auf die beabsichtigte Wassernutzung nach der Einleitung zu berücksichtigen sind. Zudem gelten in jedem Land spezifische rechtliche Anforderungen. Verschiedene Länder haben unterschiedliche Vorschriften hinsichtlich der Spezifikationen für die Qualität des eingeleiteten Abwassers und der im aufnehmenden Gewässer aufrechtzuerhaltenden Qualität. [ 2 ] : 152 Die Kombination aus Behandlung und Entsorgung muss den geltenden lokalen Vorschriften entsprechen.

Die Aufnahmekapazität hängt – neben mehreren anderen Faktoren – von der Fähigkeit des aufnehmenden Gewässers ab, die für den Abbau organischer Abfallstoffe durch Organismen notwendigen Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff aufrechtzuerhalten . [ 19 ] : 9 , 673 Beispielsweise können Fische sterben, wenn der Gehalt an gelöstem Sauerstoff unter 5 mg/L sinkt. [ 31 ] : 573

Die Ausbringung von Abwasser auf landwirtschaftliche Flächen kann als Form der endgültigen Entsorgung oder der Behandlung oder beides betrachtet werden. [ 2 ] : 189 Alternativen zur landwirtschaftlichen Entsorgung erfordern die Berücksichtigung der Flächenverfügbarkeit, der Grundwasserqualität und möglicher Bodenverschlechterungen. [ 32 ]

Andere Entsorgungsmethoden

Abwasser kann in ein Verdunstungs- oder Versickerungsbecken eingeleitet werden . [ 10 ] : 9–41 Die Grundwasseranreicherung dient der Reduzierung des Salzwassereintritts oder der Auffüllung von Grundwasserleitern , die für die landwirtschaftliche Bewässerung genutzt werden . Zur Aufrechterhaltung der Versickerungskapazität von Versickerungsbecken ist in der Regel eine Aufbereitung erforderlich ; für Grundwasserleiter, die als Trinkwasserreservoir dienen, kann eine umfassendere Aufbereitung notwendig sein . [ 19 ] : 700–703

Meeresauslauf

Ein Meeresauslauf (oder Ozeanauslauf) ist eine Rohrleitung oder ein Tunnel, der kommunales oder industrielles Abwasser , Regenwasser , Mischwasserüberläufe , Kühlwasser oder Sole aus Meerwasserentsalzungsanlagen ins Meer leitet. Üblicherweise erfolgt die Einleitung unter der Meeresoberfläche (Unterwasserauslauf).

Globale Lage

Vor dem 20. Jahrhundert wurden Abwässer in Europa üblicherweise in Gewässer wie Flüsse, Seen oder das Meer eingeleitet. Da es keine Kläranlage gab, erfolgte der Abbau der Fäkalien durch das Ökosystem . Dies konnte zufriedenstellende Ergebnisse liefern, sofern die Aufnahmekapazität des Ökosystems ausreichte, was heutzutage aufgrund der zunehmenden Bevölkerungsdichte häufig nicht mehr der Fall ist. [ 33 ] : 78

In den Städten industrialisierter Länder werden die Abwässer heutzutage üblicherweise in Kläranlagen und nicht direkt in Gewässer geleitet. In vielen Entwicklungsländern hingegen wird der Großteil der kommunalen und industriellen Abwässer unbehandelt oder nur nach einer Vor- bzw. Primärbehandlung in Flüsse und ins Meer eingeleitet. Dies führt zu Wasserverschmutzung . Weltweit gibt es nur wenige verlässliche Zahlen zum Anteil der in der Kanalisation gesammelten und behandelten Abwässer. Eine globale Schätzung von UNDP und UN-Habitat aus dem Jahr 2010 ging davon aus, dass 90 % aller anfallenden Abwässer unbehandelt in die Umwelt gelangen. [ 34 ] Eine neuere Studie aus dem Jahr 2021 schätzt, dass weltweit etwa 52 % der Abwässer behandelt werden. [ 35 ] Die Abwasserbehandlungsraten sind jedoch weltweit sehr unterschiedlich. Während beispielsweise Länder mit hohem Einkommen etwa 74 % ihrer Abwässer behandeln, liegt der Durchschnitt in Entwicklungsländern bei lediglich 4,2 %. [ 35 ] Stand 2022 werden weltweit mehr als 80 % des gesamten anfallenden Abwassers ohne ausreichende Aufbereitung in die Umwelt eingeleitet. Laut UN Water behandeln Länder mit hohem Einkommen durchschnittlich 70 % ihres Abwassers. [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] In Ländern mit niedrigem Einkommen werden hingegen nur 8 % des Abwassers überhaupt aufbereitet. [ 36 ] [ 39 ] [ 40 ]

Behandlung

Die Abwasserbehandlung trägt wesentlich zur Reduzierung der Umweltverschmutzung bei. Rechen entfernen grobe Feststoffe aus dem Abwasser [ 19 ] : 274–275 , und die Primärbehandlung entfernt schwimmende und absetzbare Stoffe [ 19 ] : 446. Primär behandeltes Abwasser enthält üblicherweise weniger als die Hälfte des ursprünglichen Feststoffgehalts und etwa zwei Drittel des BSB in Form von Kolloiden und gelösten organischen Verbindungen [ 41 ] . Die Sekundärbehandlung reduziert den BSB organischer Abfälle in unverdünntem Abwasser [ 31 ] : 575 , ist jedoch bei verdünntem Abwasser weniger effektiv [ 42 ] . Vor der Einleitung kann eine Wasserdesinfektion zur Abtötung von Krankheitserregern versucht werden, deren Wirksamkeit mit zunehmender Anzahl der oben genannten Behandlungsstufen steigt [ 19 ] : 359. Abwasser ist kein Abfallprodukt; die organischen Stoffe können während der Abwasserbehandlung in Form von Insekten gewonnen und als Zutat in Fisch- und Geflügelmehl verwendet werden. [ 43 ]

Wiederverwendung und Rückgewinnung

Eine Alternative zur Einleitung in die Umwelt ist die produktive Wiederverwendung von Abwasser (für landwirtschaftliche, städtische oder industrielle Zwecke) unter Einhaltung der lokalen Vorschriften und Anforderungen für die jeweilige Anwendung. Die Gesundheitsrisiken der Abwasserwiederverwendung in der Landwirtschaft lassen sich durch einen „Mehrbarrierenansatz“ gemäß den Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation minimieren . [ 44 ]

Zudem besteht die Möglichkeit der Ressourcenrückgewinnung , wodurch die Landwirtschaft nachhaltiger gestaltet werden könnte, indem aus Abwässern gewonnener Kohlenstoff , Stickstoff , Phosphor , Wasser und Energie genutzt werden . [ 45 ] [ 4 ]

Kläranlage

Abwasserfarmen nutzen Abwasser zur Bewässerung und Düngung von landwirtschaftlichen Flächen. Diese Praxis ist in warmen, trockenen Klimazonen verbreitet, wo Bewässerung wertvoll und Frischwasser knapp ist . Schwebstoffe können von Mikroorganismen und Bakterien in Humus umgewandelt werden , um Stickstoff , Phosphor und andere Pflanzennährstoffe für das Pflanzenwachstum bereitzustellen. Viele Industrienationen nutzen heutzutage konventionelle Kläranlagen anstelle von Abwasserfarmen. Diese reduzieren die Probleme mit Krankheitsüberträgern und Gerüchen ; dennoch bleibt die Abwasserfarm für einige Entwicklungsländer eine kostengünstige Option . Abwasserfarmen sollten nicht mit der Abwasserentsorgung über Versickerungsbecken oder unterirdische Drainagen verwechselt werden .

Vorschriften

Die Abwasserbewirtschaftung umfasst die Sammlung und den Transport zur Einleitung in die Umwelt nach einer Aufbereitung , die den lokalen Anforderungen für die Einleitung in Gewässer, auf Böden oder zur Wiederverwendung entspricht. [ 2 ] : 156 In den meisten Ländern sind unkontrollierte Abwassereinleitungen in die Umwelt gesetzlich verboten, und es müssen strenge Anforderungen an die Wasserqualität erfüllt werden. Die Anforderungen in den Vereinigten Staaten sind im Clean Water Act (US-amerikanischer Clean Water Act) festgelegt .

Die Vorschriften zur Abwasserentsorgung sind oft Teil der umfassenderen Sanitärpolitik eines Landes . Diese können auch die Entsorgung von Fäkalien (aus nicht an die Kanalisation angeschlossenen Sammelsystemen ), festen Abfällen und Regenwasser umfassen.

Siehe auch

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